NWA-Tag am am Staatlichen Seminar für Didaktik und Lehrerbildung (RS) Reutlingen. Thema: Stoffwechsel und Energieumwandlungsprozesse

Transkript

1 NWA-Tag am am Staatlichen Seminar für Didaktik und Lehrerbildung (RS) Reutlingen Thema: Stoffwechsel und Energieumwandlungsprozesse Aktivierungsenergie chemische Reaktion Erstellt von den Teilnehmern der Fachdidaktik Chemie Kurs 24 Monika Ott, Kathrin Hertweck und Veronika Fischer

2 Inhalt 1. Die chemische Reaktion Seite 3 2. Thematischer Überblick Seite 6 3. Bezug zum Bildungsplan Seite 6 4. Experimente zur Demonstration Seite 8 5. Schülerexperimente Seite Literatur Seite 18

3 1. Die chemische Reaktion Bei einer chemischen Reaktion werden Ausgangsstoffe (die sog. "Edukte") unter Abgabe oder Aufnahme von Reaktionswärme in Endstoffe (die sog. "Produkte") umgewandelt. Aus einem Stoff (z.b. Eisen) und einem zweiten Stoff (z.b. Schwefel) entsteht unter heftiger Reaktion ein neuer Stoff (hier: Eisensulfid). Reaktionsgleichung: Eisen + Schwefel Eisensulfid (man spricht: "Eisen und Schwefel reagieren zu Eisensulfid") Es findet also eine Stoffumwandlung statt, bei der ein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften entsteht. Es wird unterschieden zwischen exothermen Reaktionen, bei denen Energie frei wird und endothermen Reaktionen, bei denen Energie verbraucht wird. Alle Reaktionen laufen innerhalb einer bestimmten Zeit ab. Es gibt Reaktionen, die sehr langsam ablaufen (z.b. Rosten von Eisen), aber auch Reaktionen, die sehr schnell ablaufen (z.b. Explosionen). Änderungen, die während einer chemischen Reaktion in einer bestimmten Zeitspanne auftreten, bezeichnet man als Reaktionsgeschwindigkeit. Viele Reaktionen laufen nicht spontan von selbst ab: es muss zum Start Energie hinzugefügt werden. Diese Energie bezeichnet man als Aktivierungsenergie. Ein Katalysator kann die entweder diese Aktivierungsenergie herabsetzen oder die Reaktion beschleunigen. In jedem Falle, liegt er jedoch nach der Reaktion wieder unverbraucht vor. 1 Chemische Reaktionen können somit aus drei Gesichtspunkten näher betrachtet werden: Stoffumsetzung Energieumsetzung Teilchenumsetzung 1.1. Stoffumsetzung Wie oben schon erwähnt, entsteht bei einer chemischen Reaktion aus einem Stoffgemisch (Schwefel und Eisen) ein neuer Stoff (Eisensulfid). Dies kann man deutlich an den Eigenschaften der einzelnen Stoffe erkennen. In unserem Beispiel erkennt man schon an der Farbe, dass ein neuer Stoff entstanden ist: Schwefel ist gelb, Eisen grau, das Reaktionsprodukt Eisensulfid weist allerdings die Farbe schwarzblau auf Energieumsetzung Bei chemischen Reaktionen wird Energie (in Form von Wärme oder Licht...) entweder aus der Umgebung aufgenommen oder an die Umgebung abgegeben. Wird Energie aus der Umgebung aufgenommen, handelt es sich um eine endotherme Reaktion. Der Begriff "endotherm" kommt aus dem Griechischen und bedeutet soviel wie "Wärmeaufnahme". Exotherme Reaktionen hingegen sind Reaktionen, bei denen sehr viel Wärme (oder Energie in anderer Form, z.b. als Licht) abgegeben wird. Explosionen sind z.b. extremste Formen exothermer Reaktionen, bei denen sehr viel Energie in sehr kurzer Zeit freigesetzt wird. Aber auch 1 angelehnt an:

4 ein einfaches Schülerexperiment wie z.b. das Verbrennen von Magnesiumband zeigt ein eindrucksvolles Beispiel für eine exotherme Reaktion. Die Energieumsetzung solcher Reaktionen können graphisch in Form von Energiediagrammen dargestellt werden 2 : Reaktionsenergie ist negativ. Bei der Umsetzung der Produkte wird überschüssige Energie freigesetzt. Reaktionsenergie ist positiv. Zur Bildung der Produkte wird zusätzliche Energie benötigt. Ablauf einer exothermen Reaktion Die Edukte befinden sich zunächst in einem Zustand, in dem noch keine Reaktion stattfinden kann. Erst durch die Zufuhr von Energie, kommt die Reaktion in Gang und läuft ohne weitere Energiezufuhr selbstständig ab. Diesen zugeführten Energiebetrag bezeichnet man als Aktivierungsenergie (E a ). Hat die Reaktion eingesetzt, wird ein gewisser Energiebetrag in Form von Wärme und Licht wieder frei. Bei einer exothermen Reaktion wird nun mehr Energie freigesetzt, als vorher aufgewendet wurde. Die Endprodukte liegen also auf einem geringeren Energieniveau als die Ausgangsstoffe. Im gesamten wird also mehr Energie frei als aufgewendet werden muss. Den Unterschied zwischen dem Energieniveau der Produkte und dem Energieniveau der Edukte bezeichnet man als Reaktionsenergie (Δ H). Ist die Aktivierungsenergie sehr niedrig, kann die Reaktion bereits ohne zusätzliche Energiezufuhr von außen in Gang gesetzt werden. Die notwendige Aktivierungsenergie wird der Umgebung entzogen. Die Reaktion läuft spontan ab. In unserem Beispiel von oben wird die chemische Reaktion erst durch das Erhitzen (=Aktivierungsenergie) eingeleitet, sie würde also nicht spontan ablaufen. Nach dem Erhitzen läuft sie allerdings von selbst ab. Es handelt sich demnach um eine exotherme Reaktion. 2 angelehnt an:

5 Ablauf einer endothermen Reaktionen Die Edukte befinden sich zunächst in einem Zustand, der stabil ist. Die Ausgangsstoffe würden also nicht miteinander reagieren. Die Reaktion findet nur statt, so lange von außen Energie zugeführt wird. Wird die Energiezufuhr unterbrochen, bleibt auch die Reaktion stehen. In der Gesamtbilanz wird keine Energie frei, sondern es muss ständig Energie in Form von Wärme oder elektrischem Strom zugeführt werden. Die Endprodukte liegen also auf einem höheren Energieniveau als die Ausgangsstoffe, die Reaktion wurde sozusagen erzwungen Teilchenumsetzung Betrachtet man chemische Reaktionen unter dem Gesichtspunkt der Teilchenumsetzung, ist es wichtig, zu beachten, dass Teilchen (Atome) lediglich umgelagert werden. Es gehen weder Teichen verloren, noch werden Teichen vernichtet, noch kommen Teilchen hinzu. Das Produkt ist demnach aus den gleichen Teilchen (Atomen) zusammengesetzt wie die Edukte, allerdings in anderer Anordnung. (Das ist vergleichbar mit Legosteinchen: Man hat aus allen verfügbaren Steinchen ein Haus mit Garage gebaut. Nun nimmt man alles wieder auseinander (was im Übrigen einen gewissen Energieeinsatz bedeutet) und baut aus den gleichen Steinchen ein riesiges Flugzeug.) Folgende Grafik verdeutlicht dies noch einmal: In dem betrachten Ausschnitt reagieren 9 Schwefel-Atome mit 9 Eisen-Atomen zu Eisensulfid, das die 9 Schwefel- und die 9 Eisen-Atome enthält, allerdings in anderer Anordnung 3. Schwefel-Atome Eisen-Atome Eisen- und Schwefel- Atome im Kristallgitter 3 angelehnt an:

6 2. Thematischer Überblick Die Mindmap gibt einen zusammenfassenden Überblick über die Zusammenhänge dieses Themas. 3. Bezug zum Bildungsplan Im Bildungsplan der Realschule von 2004 findet man innerhalb des Bereichs Kompetenzerwerb durch das Erschließen von Phänomenen, Begriffen und Strukturen folgende relevanten Kompetenzbereiche: 1. Kompetenzbereich Experimentieren und mit ausgewählten Stoffen umgehen können : Durch den eigenverantwortlichen Umgang mit Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen unter Verwendung einfacher Laborwerkzeuge und Laborgeräte lernen die Schülerinnen und Schüler künftig grundlegende Sicherheitsmaßnahmen und Verhaltensregeln beim Umgang mit Gefahrenstoffen sachgerecht anzuwenden, das heißt sie können experimentieren (7) einfache Laborgeräte benennen und verwenden (7) eigenverantwortlich mit Stoffen umgehen (7) Sicherheitsmaßnahmen und Verhaltensregeln beim Umgang mit Gefahrenstoffen beachten (7) Kompetenzbereich Phänomenologisches Wissen im Bereich der Stoffe sammeln und strukturieren : Hier wird von den Schülerinnen und Schülern gefordert, durch das Sammeln und Strukturieren von phänomenenologischen Wissen im Bereich der Stoffe Veränderungen von Stoffen durch chemische Reakionen wahrzunehmen und zu beschreiben (7) Kompetenzbereich Die chemische Fachsprache und das Periodensystem nutzen : Die Schülerinnen und Schüler können mit den Begriffen Stoff Reaktion Energie 4 Bildungsplan für die Realschule 2004, Seite 98 5 siehe oben - 6 -

7 folgerichtig argumentieren. [...] Sie sind in der Lage, chemische Begriffe zu unterscheiden. 6 Ebenso findet man innerhalb des Bereichs Kompetenzerwerb durch Denk- und Arbeitsweisen folgende Kompetenzbereiche: 1. Reflektieren Verknüpfen Anwenden Die Schülerinnen und Schüler können auswerten unter Verwendung von Fachsprache, Diagrammen, Tabellen, Gleichungen, Graphiken, Funktionen, Texten Antworten und Erkenntnisse durch Kooperation und Kommunikation: Die Schülerinnen und Schüler können in der Teamarbeit Kooperations- und Kommunikationsformen für zielgerichtetes Arbeiten erwerben. 8 6 Bildungsplan für die Realschule 2004, Seite Bildungsplan für die Realschule 2004, Seite 97 8 siehe oben - 7 -

8 4. Experimente zur Demonstration Die folgenden Experimente eignen sich nur für Demonstrationszwecke. Sie sind für SchülerInnen ungeeignet und dürfen nur von der Lehrperson vorgeführt werden. Zu jedem Versuch sind Sicherheitshinweise ausgeführt, die beachtet werden sollten. Es ist auch schon an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass der Versuch 4.5 ( Gummibärchen im flammenden Inferno ) nicht unbedenklich in der Ausführung ist. Wir haben ihn in unsere Liste aufgenommen, weil er sehr imposant ist und seine Wirkung sicher nicht verfehlt. Bevor ihr euch allerdings da dran wagt, sprecht einen Chemielehrer darauf an, ob er ihn mit euch probiert und euch zeigt, worauf ihr bei der Durchführung achten solltet Thermit-Versuch (exotherm) Sicherheitshinweis: Bei der Reaktion entsteht eine enorme Hitze Der Versuch sollte am besten im Freien auf einer feuerfesten Unterlage durchgeführt werden. Starker Funkenflug möglich. Es ist daher empfehlenswert, eine Schutzbrille zu tragen. Geräte: Stativ, Blumentopf mit Loch (nicht aus Plastik!), Schüssel mit Sand, Alufolie, Magnesiumband oder Wunderkerze. Chemikalien: Thermitgemisch: 40 g trockenes Eisen(III)oxid, 14 g trockenen, frischen Aluminiumgrieß. Durchführung: Zuerst wird das Loch im Blumentopf mit Alufolie abgedeckt. Danach wird das Thermitgemisch in den Blumentopf gegeben und der Blumentopf in die Schüssel mit Sand gestellt (mit dem Loch nach unten). Das Gemisch wird mit einer Wunderkerze gezündet (einfach anzünden und oben rein stecken). Der Versuch läuft dann von selbst ab. Es entsteht ein Eisenkern, der im Blumentopf verbleibt und Schlacke, die durch das Loch im Boden ausläuft. Entsorgung: Der Eisenkern kann aufbewahrt werden (für andere Versuche etc.), die Schlacke wird im anorganischen Sondermüll entsorgt. Erklärung: In einer Redoxreaktion reagiert das Eisenoxid mit dem Aluminium zu Eisen und Aluminiumoxid. Es wird Aktivierungsenergie (Wunderkerze) benötigt, dann jedoch läuft die Reaktion von selbst ab, es wird im gesamten betrachtet Energie frei. Es handelt sich also um eine exotherme Reaktion. Reaktionsgleichung: Fe 2 O 3 + 2Al 2Fe + Al 2 O (sprich: Eisenoxid und Aluminium reagieren zu Eisen und Aluminiumoxid) 3-8 -

9 4.2. Selbstentzündendes Feuer (exotherm) Sicherheitshinweis: Ammoniumnitrat ist brandfördernd, Ammoniumchlorid wirkt gesundheitsschädlich und reizend. Zinkpulver ist leichtentzündlich. Das Tragen einer Schutzbrille und von Handschuhen ist erforderlich! Die Stoffe dürfen niemals zusammen in einer Reibschale gemischt oder zerkleinert werden! Versuch im Abzug durchführen! Es ist darauf zu achten, dass sich keine brennbaren Stoffe im Abzug befinden. Geräte: 250-ml-Becherglas, eine feuerfeste Unterlage. Chemikalien: 4 g Ammoniumnitrat, 4 g Zinkpulver, 0.5 g Ammoniumchlorid. Durchführung: Man füllt 4 g Ammoniumnitrat und 0,5 g Ammoniumchlorid in das Becherglas und schüttelt kräftig. Dann fügt man 4 g Zinkpulver hinzu und schüttelt erneut kräftig. Nun wird das Gemisch im Abzug auf eine feuerfeste Unterlage gegeben. Man spritzt (am besten mit einer Wasserflasche) ein wenig Wasser auf das Gemisch und wartet. Nach wenigen Sekunden beobachtet man eine heftige Reaktion des Gemisches (Funkensprühen, Stichflamme und starke Rauchentwicklung). Entsorgung: Die Stoffe werden als anorganischer Sondermüll entsorgt. Erklärung: Es reagieren Zink und Ammoniumnitrat miteinander in einer exothermen Redoxreaktion. Diese Reaktion wird durch Wasser gestartet und durch Ammoniumchlorid beschleunigt. Es entstehen Stickstoff (gasförmig) und Wasserdampf. Reaktionsgleichung: Zn + NH 4 NO 3 N 2 + ZnO + 2 H 2 O (sprich: Zink und Ammoniumnitrat reagieren zu Stickstoff, Zinkoxid und Wasserdampf) - 9 -

10 4.3. Schwefel/Eisen-Reaktion (exotherm) Sicherheitshinweis: Der Versuch sollte unter dem Abzug durchgeführt werden, da eventuell entstehende Dämpfe (Schwefeloxid) gesundheitsschädlich sind. Es ist empfehlenswert, eine Schutzbrille zu tragen. Es ist darauf zu achten, dass sich keine brennbaren Stoffe im Abzug befinden. Geräte: Stativ, Reagenzglas, Spatel. Chemikalien: Eisenpulver und Schwefelpulver. Durchführung: Die beiden Pulver werden im Verhältnis 1 zu 1 vermischt und in ein Reagenzglas gefüllt. Nun wird das Reagenzglas in das Stativ eingespannt und mit dem Bunsenbrenner erhitzt. Sobald das Gemisch zu glühen beginnt, wird der Bunsenbrenner entfernt. Die Reaktion läuft nun ohne weitere Energiezufuhr unter Abgabe von Wärme und Licht weiter. Entsorgung: Die Stoffe werden als anorganischer Sondermüll entsorgt. Erklärung: Es reagieren in einer Redoxreaktion Eisen und Schwefel zu Eisensulfid. Auch diese Reaktion benötigt Aktivierungsenergie und läuft dann von selbst ab. Es handelt sich also hierbei um eine exotherme Reaktion. Reaktionsgleichung: Sonstiges: Fe + S FeS (sprich: Eisen und Schwefel reagieren zu Eisensulfid) Die selbe Reaktion, nur mit geringerer Aktivierungsenergie, kann auch mit Zink und Schwefel durchgeführt werden (siehe 4.4). Werden diese beiden Versuche miteinander verglichen, kann man schön verdeutlichen, dass bei dem zweiten Versuch weniger Aktivierungsenergie benötigt wird

11 4.4. Zink/Schwefel-Reaktion (exotherm) Sicherheitshinweis: Der Versuch muss unbedingt unter dem Abzug durchgeführt werden, da es zu einer heftigen Reaktion kommt. Es ist empfehlenswert, eine Schutzbrille zu tragen. Es ist darauf zu achten, dass sich keine brennbaren Stoffe im Abzug befinden. Geräte: 250-ml-Becherglas, eine feuerfeste Unterlage, Bunsenbrenner. Chemikalien: Zinkpulver, Schwefelpulver und ein Stück Draht. Durchführung: Die beiden Pulver werden im Verhältnis 1 zu 1 im Becherglas vermischt und im Abzug auf eine feuerfeste Unterlage gegeben. Nun wird außerhalb des Abzugs mit dem Bunsenbrenner ein Stück Draht zum Glühen erhitzt. Die Reaktion wird gestartet, indem man den glühenden Draht in das Gemisch taucht. Es findet eine heftige Reaktion unter Lichterscheinung und Rauchentwicklung statt. Entsorgung: Die Stoffe werden als anorganischer Sondermüll entsorgt. Erklärung: Es reagieren in einer Redoxreaktion Zink und Schwefel zu Zinksulfid. Auch diese recht heftig ablaufende Reaktion benötigt Aktivierungsenergie (allerdings weniger als der Versuch 4.3., da schon eine glühende Draht genügt) und läuft dann von selbst ab. Es handelt sich also hierbei um eine exotherme Reaktion. Reaktionsgleichung: Zn + S ZnS (Sprich: Zink und Schwefel reagieren zu Zinksulfid)

12 4.5. Elektrolyse von Wasser im Hoffman schen Apparat (endotherm) Dieser Versuch ist etwas kompliziert in der Durchführung. Am besten lasst ihr euch von einem Chemielehrer den Hoffmann schen Apparat zeigen. Sicherheitshinweis: Natronlauge (auch wenn sie verdünnt ist) ist ätzend. Bitte Schutzbrille und Handschuhe tragen. Geräte: Hoffmann scher Apparat, Gleichstrom-Quelle, Elektroden aus Platin oder Nickel, 2 Reagenzgläser. Chemikalien: 2-molare Natronlauge (NaOH). Durchführung: Man befüllt den Hoffmann schen Apparat mit 2-molarer Natronlauge (verdünnter NaOH) und verschließt die Hähne. Nun legt man an die Elektroden Gleichspannung an. Sobald die Gleichspannung angelegt ist, steigen in beiden Röhren Gasbläschen nach oben. Die Spannung sollte so eingestellt sein, dass die Blasenbildung nicht zu heftig erfolgt. Nach einiger Zeit kann man beobachten, dass sich in einer Röhre doppelt so viel Gas bildet wie in der anderen. Die Gase werden jeweils mit einem Reagenzglas aufgefangen. Das Gas, das am Minuspol entsteht (dort wo sich mehr Gas bildet), lässt sich Entzünden und verbrennt mit einem pfeifenden Geräusch (Knallgasprobe Wasserstoff-Nachweis). Das Gas, das am Pluspol entsteht, brennt nicht. Hält man aber einen glimmenden Holzspan hinein, flammt dieser sofort auf und brennt mit heller Flamme (Glimmspanprobe Nachweis von Sauerstoff). Entsorgung: Natronlauge neutralisieren und in den Abguss entsorgen. Erklärung: Wasser lässt sich mit Hilfe von elektrischem Strom in die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen. Die Zerlegung von Wasser geht nur so lange weiter, wie auch elektrischer Strom (also Energie) zugeführt wird. Schaltet man den Strom ab, hört auch sofort die Gasbildung auf, die Reaktion ist unterbrochen. Es handelt sich also hierbei um eine endotherme Reaktion. Reaktionsgleichung: 2 H 2 O 2 H 2 + O 2 (sprich: Wasser reagiert zu (oder wird zerlegt in) Wasserstoff und Sauerstoff)

13 4.6. Gummibärchen im flammenden Inferno (exotherm) Achtung! Dieser Versuch ist (wie oben schon erläutert) nur für geübte Chemiker! Wir haben ihn aufgelistet, weil er sehr faszinierend ist. Bitte vorher unbedingt mit einem Chemie-Lehrer absprechen!!! Sicherheitshinweis: Versuch im Abzug auf einer feuerfesten Unterlage durchführen! Es ist darauf zu achten, dass sich keine brennbaren Stoffe im Abzug befinden. Kaliumchlorat ist brandfördernd und gesundheitsschädlich. Das Tragen einer Schutzbrille und von Handschuhen ist erforderlich! Geräte: Großes Reagenzglas, Stativ mit Klemme, Schüssel mit Löschsand, Bunsenbrenner. Chemikalien: 15g Kaliumchlorat, 1 Gummibärchen. Durchführung: 15 g Kaliumchlorat werden in das große Reagenzglas gegeben. Das Reagenzglas wird schräg in ein Stativ eingespannt. Nun wird das Kaliumchlorat sehr vorsichtig (d.h. immer nur kurz mit dem Bunsenbrenner erhitzen und immer wieder kurze Pausen machen) mit einem Bunsenbrenner geschmolzen. Anschließend nimmt man das Gummibärchen mit einer Tiegelzange und lässt es in das geschmolzene Kaliumchlorat fallen. Das Gummibärchen verbrennt unter intensivem Aufglühen und macht dabei ein brummendes Geräusch. Achtung: Die Reaktion verläuft sehr heftig der Abzug sollte unbedingt geschlossen sein. Entsorgung: Das Kaliumchlorat wird mit Salzsäure verkocht und anschließend mit einer Base (Natronlauge) neutralisiert. Dann kann das neutrale Gemisch in den Abguss geleert werden. Erklärung: Über die Hintergründe des Versuchs gibt es bislang nur Vermutungen. 5. Schülerexperimente Die Experimente, die unter diesem Punkt beschrieben sind, sind dazu geeignet, von SchülerInnen durchgeführt zu werden. Versuchsanleitungen für einige ausgewählte Schülerversuche sind auf den folgenden Seiten zu finden. Bei den Versuchen 5.1. bis einschließlich 5.3. (hier allerdings das Abbrennen einer Wunderkerze) handelt es sich jeweils um exotherme Reaktionen. Der Versuch unter 5.4. (Elektrolyse) muss permanent Energie in Form von Strom zugeführt werden, es handelt sich demnach um eine endotherme Reaktion. Prinzipiell ist für Schülerversuche die Webseite von Professor Blume (siehe Literatur) zu empfehlen; für Demonstrationsversuche

14 5.1. Kupferbrief Aufgabe: Erhitzen eines Kupferbriefs Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen Alle Personen mit langen Haaren binden diese zusammen Fenster öffnen Der Versuch darf erst gestartet werden, wenn der Aufbau von der Lehrperson überprüft wurde Während des Versuchs befinden sich ausschließlich die benötigten Materialien auf dem Tisch Arbeitsauftrag: Jeder Tisch bildet eine Gruppe Bestimmt einen Abgeordneten eurer Gruppe, der die benötigten Materialien am Lehrerpult abholt Baut die Gerätschaften wie am Lehrerpult gezeigt auf Schreibt eure Beobachtung auf Materialien: Skizze: Schutzbrille (für jede Person) Feuerfeste Unterlage Gasbrenner Tiegelzange Dünnes Kupferblech Durchführung: Falte ein Stück dünnes Kupferblech einmal zusammen und biege die Ränder um Schlage die Ränder mit einem Hammer fest Erhitze das Blech etwa eine Minute mit dem Brenner Falte nach dem Abkühlen das Kupferblech wieder auf Wie sah das Kupferblech zu Beginn aus? Beschreibe, wo und wie es sich verändert hat. Versuche die Unterschiede zu erklären. Formuliere für diese Reaktion eine Wortgleichung

15 5.2. Magnesiumband Frage: Was passiert, wenn man Magnesiumband erhitzt? Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen Nicht direkt in die Flamme schauen Nicht mit dem heißen Magnesium in Berührung kommen (mehrere tausend Grad heiß) Alle Personen mit langen Haaren binden diese zusammen Fenster öffnen Der Versuch darf erst gestartet werden, wenn der Aufbau von der Lehrperson überprüft wurde. Während des Versuchs befinden sich ausschließlich die benötigten Materialien auf dem Tisch Arbeitsauftrag: Bildet eine Gruppe aus 2-3 Personen Bestimmt einen Abgeordneten eurer Gruppe, der die benötigten Materialien am Lehrerpult abholt Baut die Gerätschaften wie am Lehrerpult gezeigt auf Schreibt eure Beobachtung auf Materialien: Schutzbrille (für jede Person) Feuerfeste Unterlage Skizze: Gasbrenner Tiegelzange Porzellanschale Beobachtung: Erklärung:

16 5.3. Wunderkerzen Frage: Wie stellt man Wunderkerzen her? Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen Nicht direkt in die Flamme schauen Nicht mit der heißen Wunderkerze in Berührung kommen Alle Personen mit langen Haaren binden diese zusammen Fenster öffnen Während des Versuchs befinden sich ausschließlich die benötigten Materialien auf dem Tisch Arbeitsauftrag: Bildet eine Gruppe aus 2-3 Personen Bestimmt einen Abgeordneten eurer Gruppe, der die benötigten Materialien am Lehrerpult abholt Schreibt eure Beobachtung auf Materialien: Schutzbrille (für jede Person) Kalium- oder Bariumnitrat Feuerfeste Unterlage feines Eisenpulver Tiegelzange feines Aluminiumpulver kleines Becherglas ca. 20 cm langer Eisendraht Waage Stärke Spatel heißes Wasser Trockenschrank oder Föhn Durchführung: Mische im Becherglas: 3 g Stärke, 1 g Aluminiumpulver, 11 g Bariumnitratpulver, 5 g Eisenpulver. Gib möglichst wenig heißes Wasser hinzu und rühre, so dass sich ein klebriger Brei bildet. Verteile nun die Mischung auf dem Eisendraht (vergiss nicht ein Stück frei zu lassen). Nun drücke die Masse fest an und lass deine Wunderkerze min. einen Tag im Trockenschrank trocknen. Nach dem Trocknen kannst du deine Wunderkerze anzünden. Beobachtung: Erklärung:

17 5.4 Elektrolyse Aufgabe: Elektrolyse einer Zinkiodidlösung Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen Der Versuch darf erst gestartet werden, wenn der Aufbau von der Lehrperson überprüft wurde Während des Versuchs befinden sich ausschließlich die benötigten Materialien auf dem Tisch Arbeitsauftrag: Jeder Tisch bildet eine Gruppe Bestimmt einen Abgeordneten eurer Gruppe, der die benötigten Materialien am Lehrerpult abholt Baut die Gerätschaften wie am Lehrerpult gezeigt auf Schreibt eure Beobachtungen auf Materialien: Schaltskizze: Schutzbrille (für jede Person) Stativmaterial Stromquelle (Trafo) Elektrotechnikkasten U-Rohr Zinkjodidlösung Durchführung: Baut den Versuch auf und zerlegt die Zinkjodidlösung mit Hilfe der Elektrolyse in ihre Bestandteile. Wählt dazu einen passenden Spannungsbereich (ca. 12 Volt). Beobachtet den Versuch ca. 15 min. Notiert eure Beobachtungen an den Elektroden. Beobachtungen: Anode ( + Pol) Kathode ( - Pol) Ergebnis: Formuliere die Reaktionsgleichung für den Vorgang an der Kathode: Beschreibe die Kathodenreaktion mit ein oder zwei Sätzen. Formuliere die Reaktionsgleichung für den Vorgang an der Anode: Beschreibe die Anodenreaktion in ein oder zwei Sätzen

18 Literatur 1. Ministerium für Kultus, Jugend und Sport: Bildungsplan 2004 Realschule Baden-Württemberg; Stuttgart Charles E. Mortimer: Das Basiswisssen der Chemie; 7. Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart, New-York